什么是蛋白質(zhì)質(zhì)譜？

蛋白質(zhì)質(zhì)譜分析是指在蛋白質(zhì)研究和表征中使用質(zhì)譜分析，包括蛋白質(zhì)的定量、分析、相互作用圖譜以及翻譯后修飾的鑒定。蛋白質(zhì)質(zhì)譜分析也可稱為基于質(zhì)譜的蛋白質(zhì)組學(xué)。基于質(zhì)譜的蛋白質(zhì)組學(xué)由三種方法組成：自上而下、中下和自下而上的蛋白質(zhì)組學(xué)。

自上而下的蛋白質(zhì)組學(xué)是指對(duì)含有未消化或完整蛋白質(zhì)的樣品進(jìn)行質(zhì)譜分析。它通常使用高分辨率基質(zhì)輔助激光解吸電離 (MALDI) 質(zhì)譜儀執(zhí)行，但也可以使用依賴于電噴霧電離 (ESI) 的軌道阱。相比之下，自下而上的蛋白質(zhì)組學(xué)是指對(duì)蛋白質(zhì)消化產(chǎn)生的蛋白質(zhì)片段進(jìn)行基于質(zhì)譜的研究。

自下而上蛋白質(zhì)組學(xué)的一個(gè)分支是鳥槍蛋白質(zhì)組學(xué)，這是一種廣泛使用的蛋白質(zhì)組學(xué)方法，試圖通過(guò)質(zhì)譜和高效液相色譜來(lái)識(shí)別復(fù)雜混合物中的蛋白質(zhì)。最后，中下蛋白質(zhì)組學(xué)在 2012 年左右開始受到關(guān)注，作為自上而下和自下而上方法之間的一種折衷方式。在中下方法中，通過(guò)質(zhì)譜儀分析較大的肽片段。

圖1: 基于質(zhì)譜的蛋白質(zhì)組學(xué)的三種方法的圖示；自上而下的方法通常需要 MALDI 儀器，但也可以使用 ESI 儀器。

工作中的蛋白質(zhì)質(zhì)譜分析

基本質(zhì)譜儀包含一個(gè)入口，將消化的或完整的蛋白質(zhì)引入質(zhì)譜儀，在那里它們?cè)陔x子源處被電離。對(duì)于 MALDI 光譜儀，使用軟電離技術(shù)，其中帶有蛋白質(zhì)的板或基質(zhì)被激光擊中，這樣它們就可以進(jìn)入氣相而不會(huì)碎裂。大分子可能無(wú)法承受熱量，并且可能不適用于基于 MALDI 的蛋白質(zhì)質(zhì)譜分析。在基于 ESI 的蛋白質(zhì)質(zhì)譜儀中，離子源是電噴霧。

通過(guò)質(zhì)譜儀，帶電分子的流動(dòng)被離子檢測(cè)器捕獲，離子檢測(cè)器向儀器控制提供反饋，能夠調(diào)節(jié)動(dòng)能（MALDI 儀器）、頻率和/或電壓（ESI 儀器），并測(cè)量 m/z分子的比例。

基于 ESI 的蛋白質(zhì)質(zhì)譜分析

在基于 ESI 的蛋白質(zhì)質(zhì)譜分析中，電噴霧促進(jìn)離子流向質(zhì)量分析儀。質(zhì)量分析器可能包含圍繞離子流的棒（四極質(zhì)量過(guò)濾器）或環(huán)形電極（離子阱）。極化棒或電極將吸引一定質(zhì)荷 (m/z) 比的肽陽(yáng)離子，從而基本上“捕獲”它們；不斷流過(guò)的離子將被稱為離子檢測(cè)器的傳感器檢測(cè)到，離子將根據(jù)其質(zhì)量、電荷和記錄時(shí)間進(jìn)行測(cè)量。質(zhì)量分析器的一個(gè)例子是四極桿。

圖2:基于 ESI 的質(zhì)譜儀的信息圖

雖然基于 ESI 的 MS 儀器最初包含一臺(tái)質(zhì)量分析儀和一臺(tái)離子檢測(cè)器，但如今，離子池通常位于離子源和離子傳感器的兩側(cè)，并夾在電極之間。后者可以調(diào)節(jié)頻率和電壓來(lái)“選擇”所需 m/z 比的窗口，然后重定向離子流以實(shí)現(xiàn)額外的碎片。可以充當(dāng)質(zhì)量分析器和離子檢測(cè)器中的任一個(gè)或兩者的離子池的一個(gè)示例是離子阱。離子源、質(zhì)量分析儀和離子檢測(cè)器均保持在真空下。

當(dāng)肽在質(zhì)量分析器和離子檢測(cè)器之間移動(dòng)時(shí)，碰撞可以通過(guò)高能碰撞解離 (HCD) 或電子轉(zhuǎn)移高能碰撞解離 (EThcD) 進(jìn)一步破碎這些肽。所有內(nèi)部系統(tǒng)都輸入到儀器控制中。本質(zhì)上，在這些點(diǎn)中的任何一點(diǎn)，都可以檢測(cè)到數(shù)據(jù)，用戶可以選擇特定范圍的離子并記錄這些碎片的光譜以進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

包含具有質(zhì)量分析器和離子檢測(cè)器功能的不同順序單元的質(zhì)譜儀被稱為串聯(lián)質(zhì)譜儀。質(zhì)譜儀過(guò)去只能容納質(zhì)量分析器和離子檢測(cè)器。然而，質(zhì)譜技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到如此復(fù)雜的水平，以至于當(dāng)前的串聯(lián)質(zhì)譜儀比原始儀器包含更多的組件。盡管它們?cè)?jīng)很大，但隨著臺(tái)式質(zhì)譜儀的出現(xiàn)，這些儀器現(xiàn)在可以方便地安裝在實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)角落。

蛋白質(zhì)質(zhì)譜的應(yīng)用

由于質(zhì)譜儀在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了特定用途，因此質(zhì)譜儀的類型與特定應(yīng)用相關(guān)。基于 ESI 的質(zhì)譜儀特別適合序列分析，而基于 MALDI 的質(zhì)譜儀則非常適合質(zhì)量分析。以下是蛋白質(zhì)質(zhì)譜的常見應(yīng)用：